Aulatecnología. Rosana Álvarez García

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Ejercicios energía solar

1.- Se dispone de una placa fotovoltaica de 60x30 cm, cuyo rendimiento es del 20%. Determinar la cantidad de energía eléctrica (KWh) que generará, p ara acumular en una batería, si la placa ha estado funcionando durante 8 horas, siendo el coefi ciente de radiación de 0,9 cal/min.cm 2. Se admite que no hay pérdidas ni en el transporte, ni en la carga de la batería.

Q = K · t · S

La placa fotovoltaica tiene una superficie de S = 6 0 · 30 cm2 = 1 800 cm 2 Funciona durante 8 h = 8 · 60 s = 480 min

Q = K · t · S = 0,9 cal/min.cm 2 · 480 min · 1 800 cm 2 = 777 600 cal = 777,6 Kcal

El rendimiento es del 20% y por tanto la energía ob tenida es:

777,6 · 0,2 Kcal = 155,52 Kcal · s

h

w

Kw

J

sw

cal

J

Kcal

cal

6003

1

10

1

1

1

1

18,4

1

103

3

⋅⋅⋅⋅⋅ = 0,18 Kwh

2.- Calcular la potencia útil entregada por un colec tor plano de 225 m 2 suponiendo que la densidad de radiación sea de 100 W/m 2 y el rendimiento del colector del 60 %.

3.- Un panel fotovoltaico entrega una potencia útil de 75 000 W. Suponiendo que la densidad de radiación sea de 1000 W/m 2 y el rendimiento del panel del 50 %, calcular la s uperficie del panel.

La potencia útil es de 75 000 w El rendimiento del panel es del 50%, y por tanto l a potencia total obtenida por este es:

real

útil

P

P=η ⇒⇒⇒⇒ 5,0

00075 wPP útil

real ==η

= 15 · 104 w

Q = K · t · S

P = t

Q=

t

tSK ⋅⋅= SK ⋅ ⇒⇒⇒⇒ S =

2

4

/0001

1015

mw

w

K

P ⋅= = 150 m2

4.- La horas de radiación sobre una superficie terrest re de 500 000 Km 2 son de 2 200 h/año. Suponiendo que la densidad de radiación media sea d e 1 300 W/m2, calcular:

a) La potencia recibida por dicha superficie. b) La energía, en Julios, recibida a lo largo de to do el año.

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5.- Calcula la superficie del panel fotovoltaico neces ario para alimentar una estufa eléctrica de 1 500 W de potencia durante 2 horas. Suponer una de nsidad de radiación de 1000 W/m 2, un aprovechamiento solar de 6 horas y un rendimiento d el equipo del 20%.

6.- Se desea instalar un conjunto de paneles solares p ara abastecer una vivienda con un consumo estimado de 525 KWh mensuales. Calcular la superfic ie de panel necesaria suponiendo una constante de radiación de 1250 W/m 2, un aprovechamiento solar diario de 5 horas y un r endimiento de la instalación del 25 %.

7.- Determina la cantidad de calor que habrá entrado e n una casa, durante el día del mes de julio, suponiendo que dispone de una cristalera de 3 x 2 m , y no se han producido pérdidas ni reflexiones en el vidrio. Nota: 10 h diarias de sol.

8.- Un colector solar plano que tiene una superficie d e 4 m2 debe calentar agua para uso doméstico. Sabiendo que el coeficiente de radiación solar K = 0,9 cal/min.cm 2 y que el consumo de agua es constante, a razón de 6 litros/minuto, determina el aumento de temperatura del agua si está funcionando durante 2 horas. Se supone que inicialm ente el agua está a 18 ºC y que no hay pérdidas de calor.

Q = K · t · S = 0,9 cal/min.cm 2 · 120 min · 4 · 104 cm 2 = 4,32 · 106 cal = 4 320 Kcal

Consume agua a razón de 6 l/min, en dos horas el co nsumo de agua será:

2 h · l

Kgl

h 1

1

min1

6

1

min60 ⋅⋅ = 720 Kg

Q = m · ce · ∆∆∆∆T = 720 · 103 g · 1 cal/g·ºC · (Tf – 18) ºC

4 320 · 103 cal = 720 · 103 g · 1 cal/g·ºC · (Tf – 18) ºC

Tf = Cgcalg

cal

º/110720

1032043

3

⋅⋅⋅

++++ 18 ºC = 6 ºC ++++ 18 ºC = 24 ºC

9.- Determinar, en m 2, las dimensiones de una placa solar suponiendo que con ella se alimente un frigorífico (de potencia 150 W) durante 4 horas. El coeficiente de radiación solar es K = 0,7 cal/min·cm 2 y el rendimiento energético de la placa el 25 %.

10- Calcular qué cantidad de calor habría que extraer cada hora, mediante aire acondicionado, de un edificio de oficinas, si dispone de una superfic ie de 120 m 2 de cristaleras. El valor de K=0,6 cal/mim·cm 2 y se supone que no se producen reflexiones ni pérd idas de calor.

11.- En una casa de campo se quiere instalar una placa fotovoltaica que alimente dos placas de bajo consumo (9 Wh caca una) y un televisor de 29 Wh. De terminar la superficie de la placa si η = 30 % y K=0,8 cal/min·cm 2.

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12.- Calcular la superficie que debería tener un colect or plano si se emplea para calentar agua de una piscina cubierta en el que el agua está a 14 ºC y queremos calentarla a 25 ºC. Se supone que no se producen ni pérdidas de calor ni reflexión algun a. El coeficiente de radiación solar, ese día, vale K=0,7 cal/min·cm 2. El caudal del agua queremos que sea de 3600 litro s cada hora.

13.- Para calentar agua de uso industrial, una empresa emplea colectores planos. Sabiendo que el agua, inicialmente está a 18 ºC y se quiere calenta r a 90 ºC, determinar:

a) Las características del colector solar. b) La superficie del colector, si K=0,5 cal/min·cm 2. Se supone que no hay pérdidas de calor ni

reflexiones dentro del colector y el caudal requeri do de agua es de 600 litros/hora. c) ¿Qué cantidad de energía calorífica captura diar iamente el colector si funciona cuatro

horas al día?

14.- Un colector solar plano, que se va a utilizar como medio de calefacción en Andalucía mide 4 m 2

y vale 2600 €, incluida la instalación. Determinar el tiempo que se tardará en amortizar (pagar lo que ha costado) si K=0,8 cal/min·cm 2 y está funcionando una media de 6 horas al día, du rante 150 días al año. Este colector sería una alternativa al radi ador eléctrico. Un KWh vale 0,08 €.

Q = k · t · S = 0,8 cal/min · cm 2 · 54 · 103 min · 4 · 104 cm 2 = 172,8 ·107 cal

6 horas · 150 días = 900 horas = 54 · 10 3 min

172,8 ·107 cal hKwsw

hKw

J

sw

cal

J ⋅=⋅

⋅⋅⋅ 4,0062600310

1

1

·1

1

18,43

⇒⇒⇒⇒ €512,1601

€08,04,0062 =

⋅⋅⋅

hKwhKw

En 150 días durante 6 horas al día se obtienen 160 ,512 €, para amortizar el capital invertido necesitamos que el colector esté funcionando durant e:

2 600 € díasdías

725,4262€512,160

150 = ���� 6,66 años

15.- Se desea instalar un sistema fotovoltaico que sumi nistre energía eléctrica a un repetidor próximo a Albacete que ha de funcionar las 24 horas del día con un consumo medio de 2 A a 12 V. Datos: Albacete tiene una latitud aproximada de 39º . Radiación diaria (mes más desfavorable) =1360 Kcal/ m2. Coeficiente de seguridad = 1,2